Исследователи создали механического тунца с биоморфным движителем и опробовали работу аппаратных комплексов, которые имитируют работу органов ориентации в пространстве и зрения. В дальнейшем разработка может стать платформой для тестирования нейроморфных алгоритмов управления — систем, которые воспроизводят работу центральной нервной системы животных.
Внешний вид робота. Фото: И. Митин
Российские ученые создали рыбоподобного робота с биоморфным хвостовым движителем и сенсорной системой, аналогичной органам живых существ. В разработке приняли участие ученые из Московского физико-технического института, Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта и Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского. Результаты проекта представлены в сборнике докладов Международной школы-семинара NMC-2025 «Навигация и управление движением».
Рисунок. Схема биоморфного движителя. Фото: И. Митин
Как объяснили специалисты, механика и управление подводного аппарата базируются на природоподобных технологиях. В частности, в основе его конструкции — образ желтоперого тунца, рыбы с обтекаемым телом, адаптированным для долгого и экономичного движения в жидкой среде. Этим же целям соответствует тунниформный тип плавания, при котором амплитуда волны изгибов туловища нарастает к хвосту.
«Робот оснащен поворотными плавниками, балластной цистерной и движителем оригинальной конструкции. В качестве источника питания выступает литий-полимерный аккумулятор. Для взаимодействия с оператором используется канал радиосвязи»,— рассказал руководитель исследований Виктор Казанцев, заведующий лабораторией нейробиоморфных технологий МФТИ и заведующий кафедрой нейротехнологий ННГУ.
Силовая часть, пояснил он, включает в себя хвостовой плавник, который прикреплен к гибкой пластине, и сервопривод, закрепленный на корпусе. По обеим сторонам пластины расположены тяги из металлических тросиков. При вращении сервопривода они попеременно деформируют гибкую пластину. При этом привод обладает большим крутящим моментом и низкой частотой вращения. Такой механизм позволяет реализовать ровное и плавное волнообразное движение хвоста-движителя.
Второй частью разработки стали «органы чувств» робота. В частности, за навигацию аппарата отвечают современные сонары (гидролокаторы), которые ощупывают пространство звуковыми волнами на расстоянии до 6 метров. Одновременно встроенный инерциальный модуль отслеживает повороты и положения аппарата в пространстве, а бортовая камера способна распознавать объекты даже в мутной воде. Эффективность сенсорных систем «тунца» подтвердили испытания, в ходе которых аппарат уверенно распознавал специальные метки с расстояния 1,5 метра даже в условиях плохой видимости.
По словам исследователей, в дальнейшем разработка может стать платформой для тестирования нейроморфных принципов управления по типу «искусственного спинного мозга». Такие модели генерируют ритмичные колебания для создания плавательных движений с учетом окружающей обстановки. Для реализации подобных систем могут применяться как традиционные микроконтроллеры, так и нейроморфные системы на основе мемристоров (резисторов с «памятью»).
«Представленная разработка — шаг к созданию полностью автономных подводных систем, способных самостоятельно „чувствовать”, „мыслить” и ориентироваться в сложной среде. Мы стремимся объединить биоморфную механику, современные инструменты искусственной сенсорики и нейроморфные алгоритмы управления»,— прокомментировал Виктор Казанцев.
Он добавил, что на следующем этапе разработки исследователи намерены интегрировать все представленные системы в единый корпус рыбы-робота и проверить аппарат в условиях активного биоморфного движения.
